尾矿库溃坝模型设计及试验方法概要

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尾矿库大坝建筑施工设计方案及对策

目录1施工组织设计编制说明 (64)1.1施工组织设计编制说明的原则 (64)1.2管理目标 (64)2工程概况 (67)2.1工程简介 (67)2.2施工工地水文气象 (67)2.3施工工地对外交通 (67)2.4施工用水用电 (67)2.5临时用地 (67)2.6施工工期 (68)3主要施工方法 (69)3.1施工准备 (69)3.2确定各施工过程的施工顺序 (69)3.3分部、分项尤其是主要施工过程的施工方法 (70)3.4冬、雨季施工措施 (81)4工程经理部及劳动力配置方案 (86)4.1工程经理部组成情况 (86)4.2分部、分项工程所需工种类别和级别 (87)4.3分阶段施工方案投入劳动力人数 (88)5主要施工机械、设备供给方案 (89)5.1满足工程施工所需的机械数量及供给方案 (89)5.2测量、实验、检测仪器设备数量及供给方案 (90)6确保工程质量的技术组织措施 (91)6.1质量管理体系、制度及质量保证体系 (91)6.2关键部位质量控制 (94)6.3工种岗位技术培训 (99)6.4先进施工工艺 (99)6.5送样检测、见证取样保证措施 (99)6.6分局部项分阶段验收步骤及方法 (99)6.7完成质量目标奖惩方法 (100)7确保平安文明施工的技术组织措施 (101)7.1平安管理组织 (101)7.2专职平安管理人员 (101)7.3 特殊作业人员〔电工、电焊工、架子工、机械操作工等〕 (101)7.4已具备的平安设施或准备配置的平安设施 (101)7.5 平安防护措施〔土方、桩基、用电、外架外网等〕 (101)7.6大、中型施工机械管理 (104)7.7文明施工技术组织措施 (104)7.8平安、文明施工责任目标奖惩方法 (104)8确保工期的技术组织措施 (106)8.1编制各施工节点，月、旬作业方案，定期落实方案实施 (106)8.2穿插、流水施工作业 (106)8.3合理调配机械、材料、劳动力 (106)8.4设计、建立、施工、监理严密配合，及时解决有关问题，工期目标及奖惩方法 (107)9工期网络图 (107)9.1施工过程工程划分 (108)9.2编排合理的施工顺序 (108)9.3工序合理搭接 (108)10 施工总平面布置图 (109)10.1主要施工机械位置 (109)10.2建筑材料、半成品的堆放 (109)10.3临时供电、供水网的布置 (109)10.4临时道路、排水的位置 (109)10.5各种临时设施的位置与尺寸 (109)11 各种图表 (110)1 施工组织设计编制说明1.1 施工组织设计编制说明的原则我公司在细致查阅**吉家洼金矿**马沟尾矿库建立工程所有图纸资料并在屡次现场踏勘的根底上,根据图纸设计及现行的规要求,结合我公司近年来在土石方工程施工方面积累的丰富经历,以科学务实的态度编写了本施工组织设计。

尾矿库溃坝泥石流相似模拟试验台设计及验证

中图分类号：Ｘ９３６文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１１７３１／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３ — １９３ｘ．２０１７．０７．００４
Ｄｅｓｉｇｎａｎｄｖｅｒｉｉｃｆａｔｉｏｎｏｆｓｉｍｉｌａｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｂｅｄｆｏｒｄｅｂｒｉｓｌｏｆｗｄｕｅｔｏｄａｍｂｒｅａｋｏｆｔａｉｌｉｎｇｓｐｏｎｄ
文章编号：１６７３ —１９３Ｘ（２０１７）一０７— ００２４— ０６
尾矿库溃坝泥石流相似模拟试验台设计及验证
敬小非，潘昌树，谢丹，龚秀兰，张小顺
（重庆科技学院安全工程学院，重庆４０１３３１）
第ｌ３卷第７期
２０１７年７月
中国安全生产科学技术
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳａｆｅｔｙＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
Ｖ０１．１３Ｎｏ．７
Ｊｕ１．２０１７
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｂｒｉｓｌｏｆｗｉｓａｋｉｎｄｏｆｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｈａｚａｒｄｗｉｔｈｔｈｅｈｕｇｅｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｆｏｒｃｅ，ａｎｄｔｈｅｄｅｂｒｉｓｌｆｏｗｄｕｅｔｏｔｈｅｄａｍｂｒｅａｋｏｆｔａｉｌｉｎｇｓｐｏｎｄｃａｎｃａｕｓｅｓｅｒｉｏｕｓｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｐｏｌｌｕｔｉｏｎｂｅｓｉｄｅｓｔｈｅｈｕｇｅｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｆｏｒｃｅ，ＳＯｉｔｉｓｎｅｃｅｓｓａｒｙｔｏｄｅ — ｓｉｇｎａｓｉｍｉｌａｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｂｅｄｆｏｒｄｅｂｒｉｓｌｏｆｗｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｅｖｏｌｕｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓｏｆｉｔｓｌｏｆｗｒｅｇｉｍｅ．Ｔｈｅｓｉｍｉｌａｒｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔ

尾矿坝溃坝相似模拟试验研究

第29卷增2岩石力学与工程学报V ol.29 Supp.2 2010年9月Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering Sept.，2010 尾矿坝溃坝相似模拟试验研究尹光志1，2，敬小非1，魏作安1，2，李小双1，蒋长宝1(1. 重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室，重庆 400030；2. 重庆大学资源及环境科学学院，重庆 400030)摘要：采用自行研制开发的尾矿坝溃决破坏模拟试验装置，以云南玉溪矿业有限公司所属的一尾矿库设计资料为依据，对不同高度尾矿坝瞬间全溃后泥浆流态演进规律及动力特性进行模拟试验研究，探讨泥浆在下游区域流动过程中的冲击力强度、淹没范围以及演进规律。

试验结果表明：(1) 尾矿坝溃坝特性同普通水坝溃坝及典型泥石流运动特性有着本质性区别。

(2) 溃坝高度对下游泥浆淹没高程有明显影响。

泥浆在下游的最大淹没高程总体上随着冲击距离的增大呈递减趋势。

(3) 泥浆在运动过程中遇到弯形沟道时，因离心力的作用在凹岸出现侧向爬高现象。

(4) 在泥浆流动过程中，各过流断面处冲击力过程曲线前端较陡直，后端较平滑，最大值出现在泥深峰值到来之前。

(5) 随着尾矿坝高度的增加，溃决泥浆在下游的最大淹没高程和冲击力强度都呈递增趋势，泥浆到达同一建筑物处的时间缩短，从而加重了溃坝对下游的灾情。

研究成果为尾矿坝溃坝泥浆演进规律及动力作用的深入认识以及溃坝灾害的预防和控制提供了参考。

关键词：边坡工程；尾矿坝；溃坝；相似模拟试验；冲击力；流态中图分类号：P 642.22 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2010)增2–3830–09EXPERIMENTAL STUDY OF SIMILAR SIMULATION OF TAILINGSDAM-BREAKYIN Guangzhi1，2，JING Xiaofei1，WEI Zuoan1，2，LI Xiaoshuang1，JIANG Changbao1(1. Key Laboratory of Ministry of Education for the Exploitation of Southwest Resources and the Environmental Disaster Control Engineering，Chongqing University，Chongqing400030，China；2. College of Resource and Environmental Sciences，ChongqingUniversity，Chongqing400030，China)Abstract：Based on self-developed large-scale simulation test system of tailings dam-break and the design data of tailings pond belonging to Yuxi Mining Co.，Ltd. in Yunnan Province，the hydraulic characteristic and dynamical effect of slurry after tailings dam-break are simulated by simulation test. The results show as follows：(1) There are some essential distinctions of movement characteristic between tailings dam-break and normal reservoir failure or typical debris flow；(2) The height of tailings dams has a significant effect on inundated height of slurry in downstream，and the peak of submerged height of slurry after tailings dam-break decreases with the increasing impact distance of slurry；(3) When the slurry barges up against bend groove，there is a climbing phenomenon at the concave bank by centrifugal force；(4) In the process of the slurry flowing，the characteristics of slurry impact force curves in each cross section of downstream presents the front-end steeper and the back-end relative smoother，and the peak value has arrived before peak of slurry height；(5) As the tailings dam height increases，the peak submerged height and the impact force strength show increasing trends，and the time of slurry arriving at the same section in downstream is contraction. So the disaster of downstream is more seriously. The results can provide some references to study the characteristics of slurry evolution and impact force strength deeply，and also can guide the mining enterprises to prevent and control the disaster of tailings dam-break.Key words：slope engineering；tailings dam；dam-break；similar simulation test；impact force；slurry evolution收稿日期：2010–02–04；修回日期：2010–04–07基金项目：国家自然科学基金资助项目(51074199)；重庆大学研究生科技创新基金项目(CDJXS10 24 00 02)作者简介：尹光志(1962–)，男，博士，1982年毕业于重庆大学采矿工程系，现任教授、博士生导师、西南资源开发及环境控制工程教育部重点实验室主任，主要从事矿业工程、安全工程和岩石力学方面的教学与研究工作。

尾矿坝溃坝安全风险分析评价方法

尾矿坝溃坝安全风险分析评价方法王仪心;米占宽【摘要】尾矿库作为潜在的泥石流危险源,一旦溃坝会造成严重的人员伤亡、财产损失和环境污染.基于蒙特卡洛方法,考虑尾矿库坝体材料参数的不确定性,分析了尾矿坝的失效概率;基于深度积分方法,模拟了溃坝发生后下泄尾砂流的影响范围及其冲击强度;介绍了下游淹没范围内生命损失、经济损失和环境损失的评估方法.根据上述尾矿库风险评价的基本理论,以9·8山西襄汾尾矿溃坝事故作为典型案例,系统地介绍了尾矿坝溃坝的风险评价方法,并对其风险程度进行了定量评价,上述研究对尾矿库的事故灾害防控和风险管理具有重要的实际意义.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2019(000)006【总页数】5页(P184-188)【关键词】尾矿坝;失稳概率;淹没模拟;风险评价【作者】王仪心;米占宽【作者单位】南京水利科学研究院,江苏南京210029;南京水利科学研究院,江苏南京210029;水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室,江苏南京210024【正文语种】中文【中图分类】TD926.4尾矿库是贮存矿山尾矿的场所，尾矿坝则是尾矿库外围的坝体构筑物。

我国的尾矿库总数占世界的一半以上，大多修筑在居民聚居区或是生态脆弱区的上游[1]。

尾矿库作为一个具有高势能的人造泥石流危险源，一旦溃坝必将使下游人民的生命财产安全遭受巨大损失。

自建国以来尾矿库的溃坝灾害频发，发生的重特大溃坝灾害事故13起，死亡人数达700余人，特别是2008年山西襄汾9·8溃坝事故，造成277人死亡，造成了极其恶劣的社会影响[2-3]。

然而由于尾矿坝筑坝材料复杂、筑坝方式特殊，对其安全状况的评价和失效风险的计算变得格外困难。

目前对尾矿坝的安全评价仍以安全表法这一类定性评价为主[4]，而进行风险估算时，一方面不能兼顾溃坝对于下游的冲击；另一方面也无法充分考虑筑坝材料指标的变异性。

本项目针对目前我国尾矿溃坝风险评价方面的不足，依据风险评估的基本理论，基于蒙特卡洛方法对尾矿坝进行稳定性概率分析，利用深度积分下的有限差分方法模拟下泄尾砂流的淹没范围，估算溃坝事故损失，评价风险水平，提出一种可供借鉴的风险评价方法。

尾矿库洪水漫顶溃坝模型试验研究

摘要摘要尾矿库作为矿山企业最大的环境保护工程项目，同时也是高势能潜在危险源。

其运行状况不仅对矿山的生产至关重要，而且还关系到坝体下游居民的生命财产安全及周边环境。

我国尾矿库溃坝事故现象普遍较高，大多是由洪水漫顶造成的。

因此，本文以马家沟拟建尾矿库2#主坝为原型，以模型试验为切入点，研究该尾矿库洪水漫顶溃坝洪水演化规律，对溃坝灾害的预防提供重要的参考价值，具有重要的经济和社会意义。

完成的工作及取得的成果如下：（1）对国内外尾矿库溃坝致灾因素和溃坝影响范围研究进行了详细的总结分析，指出了目前尾矿库溃坝研究的些许不足并给出了一些建议。

（2）详细掌握尾矿库的基本资料，通过现场勘查取样，按照相应试验规程进行土工试验，得到原型土样的粘聚力、内摩擦角、颗粒级配等基本物理力学指标，为溃坝试验提供了基础性资料。

（3）为了使模型坝体与原型在溃坝机理上相似，开展了不同压实度对原型黏土强度的影响试验，并进一步探索了相比原型不同缩尺的室内流槽试验，确定了正式模型坝体的合理压实度。

（4）依据现场地形和相似基本理论，设计并自行搭建了物理模型实验平台，并给出了试验的各种相似比尺及相似材料的选取依据。

（5）根据实际资料，在模型试验平台上完成了坝体及库内模型砂的堆筑工作，并模拟了尾矿库由于暴雨造成的洪水漫顶溃坝试验。

通过对溃坝过程的记录，详细分析了坝体破坏的主要4个阶段，并就溃坝水位过程线、流量过程线和最终淹没范围等重要资料进行分析总结，对溃坝洪水演进过程有了进一步了解，加深了对溃坝机理的认识。

通过对实验结果的分析可知，虽然溃坝洪水未波及重点关注的徐家垄等地，但是旁边的水塘和稻田等都受到了一定程度的影响，造成了一定的经济损失，所以仍然需要高度重视；指出了尾矿库在设计和后续正常运行中需要注意的地方，为相关人员提供参考。

关键词：尾矿库；溃坝；模型试验；演进规律；影响范围ABSTRACTABSTRACTAs the largest environmental protection project,the tailings pond is also a dangerous source with high potential energy.Its operation is not only related to the mine production and construction,but also related to the people's lives and property safety and the surrounding environment downstream.In China,the phenomenon of dam break is generally high,which is mainly caused by flood overtopping.Therefore, this paper takes Majiagou2#tailings dam as the prototype,using model test as the starting point,studying on the tailings dam flood overtopping failure evolution law.It provides an important reference value for dam break disaster prevention,and has significant economic and social significance.The main work and results achieved are as follows:(1)This paper made a detailed summary and analysis on the cause and the influence range of dam break,and pointed out some problems of tailings dam break research,then gave some suggestions.(2)With grasping the basic information of tailings dam,through field investigation sampling,soil tests were carried out in accordance with the corresponding test procedures,the prototype soil cohesion,internal friction angle, particle size distribution and other basic physical indexes were obtained,which provided a basis for dam break test.(3)In order to make the model dam similar to the prototype in dam break mechanism,the effect of different compaction degree on the strength of the original clay was studied.To further explore the indoor flume experiment of different scale compared with the prototype,the reasonable compaction degree of the formal model dam was determined.(4)Based on the terrain and similarity theory,the physical model experiment platform was designed and built,and the similar scale and the selection of similar material were given.ABSTRACT(5)According to the actual data,model dam and model sand in pond were built on the experimental platform.The flood overtopping test of tailings dam due to heavy rain was simulated.Based on the record of dam break process,four main stages of the failure process of dam body was analyzed in detail,and the important data such as dam break flood hydrograph,the flow hydrograph and the final submergence range were dissected.Further understanding of the evolution process of dam break flood deepened the cognizance of dam break mechanism.Through the analysis of experimental results,we can see that although the dam break flood has not spread to the focus area of Xu Jia-Long,the pond and rice fields beside have been affected,there are certain economic losses.So we still need to attach great importance to the impact of dam break.It points out that tailings pond should be paid attention to some problems in the design and following normal operation,which provides reference for relevant personnel.Key Words:tailings pond;dam break;model test;evolution law;influence range目录目录第1章绪论 (1)1.1选题背景及意义 (1)1.2尾矿库溃坝致灾因素研究现状 (3)1.2.1洪水漫顶 (3)1.2.2渗流作用 (5)1.2.3地震作用 (6)1.2.4坝基或坝坡失稳 (7)1.3尾矿库溃坝影响范围研究现状 (7)1.3.1模型试验法 (8)1.3.2数值模拟法 (9)1.4主要研究内容及技术路线 (10)1.4.1主要研究内容 (10)1.4.2技术路线 (10)第2章相似理论 (12)2.1流体相似条件 (12)2.1.1重力相似 (12)2.1.2沿程阻力相似 (13)2.2坝体相似条件 (15)2.2.1几何相似 (15)2.2.2土体起动相似 (16)2.2.3土体动力及本构相似 (16)2.2.4坝体破坏时间相似 (18)2.3尾砂材料相似条件 (19)2.4本章小结 (20)第3章模型试验前期探索 (21)3.1原型土的物理力学性质 (21)目录3.2不同压实度下的直剪试验 (23)3.2.1试验步骤及结果 (23)3.2.2试验结果分析 (25)3.3流槽试验 (25)3.3.1试验水槽及坝体尺寸 (25)3.3.2试验方案 (26)3.3.3试验步骤 (27)3.3.4试验结果分析 (28)3.4本章小结 (29)第4章模型设计与制作 (30)4.1尾矿库工程概况 (30)4.1.1库区地形及周边环境 (30)4.1.2水文资料 (32)4.1.3工程地质资料 (32)4.1.4尾矿库库区洪水计算 (33)4.1.5尾矿库库容及等级 (35)4.2模型设计 (36)4.2.1相似指标换算 (36)4.2.2模型材料的选取 (37)4.3物理模型制作 (39)4.3.1模型试验平台的搭建 (39)4.3.2河道加糙 (41)4.4本章小结 (44)第5章马家沟尾矿库2#主坝溃坝模型试验 (45)5.1试验目的 (45)5.2试验技术及设备 (45)5.3试验具体方案 (48)5.4溃坝模型试验结果 (49)5.4.1溃坝过程描述 (50)目录5.4.2坝体漫顶溃决破坏过程 (54)5.4.3水位过程线 (57)5.4.4流量过程线 (58)5.4.5泥砂淤积情况 (59)5.4.6溃坝全流场分析 (62)5.4.7溃坝洪水的淹没范围及其对徐家垄的影响 (66)5.5本章小结 (68)第6章结论及建议 (69)6.1结论 (69)6.2难点与不足 (70)6.3建议 (71)致谢 (72)参考文献 (73)攻读学位期间的研究成果 (77)第1章绪论第1章绪论1.1选题背景及意义尾矿一般是由选矿厂排放的尾矿矿浆经自然脱水后所形成的固体矿业废料，是固体工业废料的主要组成部分。

溃坝模型试验研究综述

溃坝模型试验研究综述
目录
01 摘要
03
溃坝模型试验研究现状
02 引言
04
溃坝模型试验研究成果
பைடு நூலகம்
目录
05 溃坝模型试验研究不足
07 参考内容
06 结论
摘要
本次演示系统地回顾了溃坝模型试验在水利工程中的研究现状、研究成果与不足之处。通过对多种溃坝模型试验方法的介绍和分析，总结了溃坝模型试验的发展历程和改进趋势。此外，本次演示还提出了溃坝模型试验在水利工程中的重要性及其未来发展的趋势。本次演示关键词：溃坝模型试验、水利工程、研究现状、发展趋势。
参考内容
摘要：尾矿库溃坝是指尾矿库因各种原因发生崩溃，导致尾矿砂大量流失，严重威胁下游人民生命财产安全。本次演示对尾矿库溃坝的研究进行综述，包括溃坝的定义和原因，溃坝的危害和影响，溃坝的监测和预防，以及溃坝的事故案例和分析。
引言：尾矿库是指选矿厂在选矿过程中产生的固体废弃物，经脱水后集中堆放的场所。这些废弃物中含有大量重金属元素，对环境和人类健康具有潜在危害。一旦尾矿库发生溃坝，尾矿砂大量流失，将会对下游环境造成严重破坏。因此，尾矿库溃坝的研究具有重要的现实意义。
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(4)开展应急救援：一旦发生溃坝事故，应迅速启动应急救援预案，营救被困人员，转移物资财产，减少灾害损失。
5、溃坝问题的应用前景和挑战
随着科学技术的发展，溃坝问题的应用前景十分广阔。例如，可以利用计算机模拟技术对各种类型的溃坝进行模拟和预测，为实际工程提供参考。同时，可以进一步开展溃坝机理、影响因素等方面的研究，为解决实际问题提供理论支撑。然而，当前的研究仍面临着一些挑战，如如何提高模拟精度、如何综合协调各种影响因素等。

连续降雨下尾矿库失稳溃坝数学模型研究与应用

连续降雨下尾矿库失稳溃坝数学模型研究与应用陈生水;邓曌;钟启明【摘要】针对连续降雨导致的尾矿库失稳溃决，基于饱和-非饱和渗流理论和水砂混合物非平衡连续方程和动量方程，建立了一个尾矿库边坡失稳溃坝数学模型。

该模型可考虑连续降雨条件下尾矿库的渗流场和应力场变化、溃口和底床变化对溃坝下泄物流量过程影响。

应用该模型对某尾矿库进行了连续降雨条件下失稳溃坝过程的模拟分析，计算结果表明：连续降雨入渗使尾矿库浸润线不断抬升，进而导致尾矿库边坡发生失稳，失稳后坝体受力条件急剧恶化，在上游荷载作用下发生剪切破坏导致漫顶溃决。

%Focused on the tailings dam breaching caused by continuous rainfall,and based on the saturated-unsaturated seepage theory,the non-equilibrium continuous equation and the momentum equation of water-sand mixture a mathematical model is put forward to describe the tailings dam breaching due to slope failure. The model considers the impact on drainage flow process of tailings dam due to the change of seepage and stress field,as well as the variation of breach slope and bed. Meanwhile,the model is applied to simulate the dam breaching process of a tailings dam under continuous rainfall,and the cal-culated results show that continuous rainfall infiltration makes seepage line of the dam constantly rising,and then leads to dam slope failure;The stress condition of dam body deteriorates rapidly after the collapse of slope,and the shear failure of the remai-ning wedge may occur under the action of upstream loads,after that the overtopping failure occurs.【期刊名称】《金属矿山》【年(卷),期】2016(000)010【总页数】6页(P165-170)【关键词】尾矿库;连续降雨;滑坡失稳;漫顶溃决;数值模拟【作者】陈生水;邓曌;钟启明【作者单位】南京水利科学研究院，江苏南京210024; 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室，江苏南京210024;南京水利科学研究院，江苏南京210024;南京水利科学研究院，江苏南京210024; 水利部土石坝破坏机理与防控技术重点实验室，江苏南京210024【正文语种】中文【中图分类】X936尾矿库作为矿山不可缺少的生产设施，其稳定性研究一直是矿山安全研究的重要内容[1]。

尾矿库溃坝模型设计及试验方法

摘
要：简要回顾前人有关模拟方法研究成果的基础上，在分析了尾矿库渍坝及其模型试验的特点，清了设计思路，理提
出了模型相似条件，然后以预备试验为依托，通过模型尾沙选择与要求、型制作、模测验手段等环节的研究，进一步论述
了尾矿库溃坝模型的设计方法与试验方法。尾矿库溃坝模型设计应遵循水流重力相似、流阻力相似、流挟沙相似、水水
ＴｅｔａｓｇｆＴａｌｓＤａＭｏｌｓｎｄＤｅｉｎｏｉｎｇｍｉｄｅ
ＺＨＡＮＧｎＷＨ，ＬＩＬ，ＢＵｉｌｉＨｏｇ・ＵｅｉＨａ・ｅ，ＺＨＯＮＧ－ｕＤｅｙ
（ｔｔｅａｏａｏｙｏｙｒｓｅｅａｄＥｇｎｅｎｅａｔｅｔｆＨｄａｌＥｇｎｅｎ，ＴｉｈａＵｉｒｔ，ｅｎ１０８ＳａｅＫｙＬｂｒｔｒｆＨｄｏｉｎｎｉｅｒｇＤｐｒｎｙｒｕｃｎｉｒｇｓｇｕｎｖｓｙＢｌｇ００４，Ｃｉａｅｎｅｉｍｏｉｅｉｎｅｉｉｔｈｎ）
ｓｍｉｒｅｅｏｍａｉｎｓｍｉｒａｄｓｄｍｅｔｉｃｐｉｎｔｎｓｍｉｒｈｅｉｎｈｃｈｕｋｄｎｉｙｉｌｈｄｔｅｃｅｃｌｓａｉｉｓｉｌ，ｂｄｄｆｒｔｏｉｌｎｅｉｎｎｉｅｔｍｏｉｉｌ；ｔｅｓｄｍｅｔｏｗｉｈｔｅｂｌｅｓｓｉｔａａｏａｆｔｇａｈｈｍｉａｔｌｔｉｎｂｙｇｏａｅｃｏｅｓｔｅｍｏｅｅｉｎ；ｔｅｍｏｔａｉｔａｂｒｔｇｍｏｅ，ｔｅｂｇｅｔｉａｔｏｏｓｒａｔｐｃｌｃｓｏｄｃｎｂｈｓｎａｈｄｌｓｄｍｅｔｈｓｂｌｙｄｍ— ｕｓｉｄｉｎｈｉｇｓｍｐｃｎｄｗｎｔｍｙｉａａｅ，ｃｃｌｔｎｏｅｅｌａｕａｉｆｔｏｈｅｅｔａｌｌｖｔｎｏｉｎａ，ｔｅｄｓｈｇｒｍｈｉｆｔｉｎａ，ｆｏｄｃｎｒｌｌｖｌｙｒｇａｈａｄｔｅｆｄｍｕｉｇａｅｐｅｅｔｄｉｖｎｕｙｅｅａｉｆｔｌｇｄｍｌｏａｉｈｉｃａｅｆｏｔｅｓｔｏｌｇｄｍｌｏｏｔｅｅｄｏｒｐｎｈｏｔｒｓｎｅｎｒｅａｉｏｈｌｎｒ

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【重点关注】尾矿库溃坝模型设计及试验方法张红武,刘磊,卜海磊,钟德钰(清华大学水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京100084摘要:在简要回顾前人有关模拟方法研究成果的基础上,分析了尾矿库溃坝及其模型试验的特点,理清了设计思路,提出了模型相似条件,然后以预备试验为依托,通过模型尾沙选择与要求、模型制作、测验手段等环节的研究,进一步论述了尾矿库溃坝模型的设计方法与试验方法。

尾矿库溃坝模型设计应遵循水流重力相似、水流阻力相似、水流挟沙相似、尾沙悬移相似、河床变形相似及尾沙起动相似等条件;模型沙可选择容重适中、化学性质稳定的拟焦沙;模型试验的工作步骤:给出尾矿库最可能的溃坝方式及对下游影响最大的典型情况,确定尾矿库最终高程,选配合适的模型沙,设计溃坝模型,测出尾矿库溃坝坝址流量、水位过程线和冲沙率以及向下游的洪水演进情况,提出可行的下游保护方案、工程措施及综合防治对策,确定尾矿库最终堆积标高。

关键词:设计方法;模型试验;溃坝;尾矿库中图分类号:TD221;TV131．61文献标识码:A doi:10．3969/j．issn．1000-1379．2011．12．001Test and Design of Tailings Dam ModelZHANG Hong-wu,LIU Lei,BU Hai-lei,ZHONG De-yu(State Key Laboratory of Hydroscience and Engineering Department of Hydraulic Engineering,Tsinghua University,Beijing100084,ChinaAbstract:Based on the model test,further discussions about the design method of the tailings dam failure model and the test method was presented in this paper through themodel selection,requirements and tailings model manufacture．This paper analyzed the characteristics and the model test of the tailing dam,and presented a model similar conditions based on the achievements of previous research about simulation method．The results show that:the design of the tailings dam should follow the laws of resistance similar,water sediment carrying capacity similar,tailings sediment similar,bed deformation similar and sediment incipient motion similar;the sediment of which the bulk density is light and the chemical stability is good can be chosen as the model sediment;the most ability dam-bursting mode,the biggest impact on downstream typical case,calculation of the eventually elevation of tailing dam,the discharge from the site of tailing dam,flood control level hydrograph and the flood routing are presented in the model experiment．Moreover,the feasible downstream protectionsolutions,comprehensive prevention and control measures are presented in this paper．Key words:design method;model test;dam break;tailing dam尾矿库是一种特殊的工业建筑物,是矿山企业最大的环境保护工程项目,同时也是具有高势能的人造泥石流危险源。

我国为世界矿业大国,已建尾矿库约5000座(全世界约有20万座,总库容约为50亿m3,堆贮尾矿约55亿t[1]。

我国尾矿库数量之多、库容之大、坝体之高在世界上都是少见的,更严重的是,目前全国尾矿库中非正常库比例高达45%,且半数以上尾矿库是由没有专业资质的设计单位设计的,大都存在溃坝的风险[2]。

尾矿坝的溃决会带来巨大的人员伤亡和财产损失,并产生严重的环境污染,是矿山安全的头等问题。

如2008年9月,山西襄汾新塔集团尾矿库出现的特大尾矿库溃坝事故,淹没土地35．9hm2,造成276人死亡,直接经济损失近亿元,引起社会广泛关注,此后全国各省(区、市安全生产监督管理局都提高了下游有居民住宅和重要设施的尾矿库安全生产许可的准入门槛。

对于下游有居民住宅和重要设施的尾矿库,为保护群众生命财产及重要建筑物的安全,需要研究尾矿库溃坝的淹没范围和对下游的影响程度。

鉴于在尾矿库设计与建设中,诸如尾矿库总体布局、溃坝对下游的影响等关键技术问题,长期缺乏系统、深入的研究,急需借助能够检验不同方案优劣的科学研究手段来提高工程论证水平。

尤其不同的尾矿库坝体结构、物质组成差异很大,溃决机理十分复杂,溃决过程在机理方面很不清晰,完全从理论收稿日期:2011-11-28基金项目:国家自然科学基金重点项目(51039003。

作者简介:张红武(1958—,男,河南淮阳人,教授,博士生导师,研究方向为河流动力学及河流模拟。

E-mail:zhhw@tsinghua．edu．cn第33卷第12期人民黄河Vol．33,No．12 2011年12月YELLOW RIVER Dec．,2011上难以给出可靠的溃决模式[3],且一般情况下尾矿库及其下游沟道的边界条件都相当复杂,用解析法定量分析十分困难,完全从理论上给出的工程设计与计算成果很难符合实际。

而利用试验手段,又缺乏尾矿库溃坝模型相似律。

为使工程论证与模拟研究接近实际,并使解决该类工程问题时(包括堰塞湖溃决等能按照较为可靠的研究方法,定量掌握尾矿库坝体的溃决过程及其对下游的影响程度,必须在模拟方法上有所突破。

为此,近几年笔者在开展栾川三强钼钨寺院沟尾矿库溃坝模型等试验的过程中,对溃坝模拟方法进行了探讨。

本文在简要回顾前人成果的基础上,尾矿库溃坝模型设计及试验方法。

1尾矿库溃坝模拟方法研究现状在数值模拟方面,早期一些学者参考一般水力溃坝模型进行了尾矿库溃坝模拟计算。

不过,尾矿库的溃坝实际同散粒体土坝溃决及堰塞湖溃坝情况相近,同一般水力溃坝差异很大。

因而后来较多学者根据多个尾矿坝的实际溃决资料,参考水力溃坝模型,考虑尾矿的物理力学性质及其在流动中的变形,建立尾矿坝溃坝的数学模型,就尾矿坝溃坝后泥石流对坝下游的影响进行预测[4－5]。

如袁兵等[5]为开展数值计算,根据多个大坝的实际溃决资料,建立了尾矿坝溃坝的数学模型,提出了尾矿坝溃坝后泥石流对下游影响的预测方法;陈国芳等分析尾矿库溃坝事故发生的机制及可能造成的人员伤亡后,提出了避免事故的对策;朱勇辉等[6]建立了土坝溃决模型。

有些文献还介绍了国外学者的研究成就。

如G E Blight研究了南非5座环形尾矿坝溃坝情况,得出了尾沙流的运移距离和地表的干湿状态有关的结论;S Moxon研究了西班牙南部Los Frailes矿尾矿坝发生的事故,提出了预防溃坝的方法;M Rico等通过收集尾矿坝溃坝事故的资料,并通过归纳总结,建立了尾矿坝坝高、库容等参数同因溃坝产生的尾沙流体特性之间的关系,尤其给出了尾矿坝总库容与溢出尾矿量以及溢流量与潜在下游最大流动距离之间的关系。

堰塞湖溃决同尾矿库溃坝相近之处较多,王光谦、钟德钰、张红武等针对唐家山堰塞湖特定的泄流动力学过程,开发了平面二维水沙数学模型,扩展了基本方程,考虑了堰塞体形成的河床变形对水流运动的影响,提出了高精度且高效率的边界跟踪算法,分析了堰塞湖泄流过程以及堰塞体冲刷发展的机制。

结果表明,河床变形对泄流影响较大,堰塞体以溯源冲刷为主,计算得到的泄流流量、堰塞湖水位与实际观测值较为接近[7]。

在模型试验方面,严格的尾矿库溃坝比尺模拟试验鲜见报道,现有的河工模型、洪水溃坝模型、滑坡涌浪模型的模拟方法尚难直接应用到尾矿库溃决模型之中。

因溃决后的水沙流动同沟道高含沙洪水及淤地坝溃坝状况有相近之处,故相关模拟方法可供借鉴。

清华大学黄河研究中心2000年曾以黄土作为模型沙,在大比降水槽中开展了沟道发育及淤地坝溃坝模型试验,并采用拟焦沙作为小流域的模型沙,通过降水模拟开展了自然侵蚀与工程治理后的效果比较试验[8]。

此后,张红武等[9－10]进一步提出土壤侵蚀及沟道坝系的半比尺模型设计方法:①按照几何相似条件,要求初始地貌与原型相似;②为保证侵蚀形态的相似性,下垫面需要采用模型沙制作裸地模型,其初始含水量同原型相近,且模型降水强度必须大于模型沙相应的临界雨强;③降水历时遵循重力相似条件;④为保证沟道坝系地貌演变相似,模型降水产沙关系要与原型相对应,应满足产沙相似条件。

为检验该方法的合理性,曾利用两个不同几何比尺的模型进行了验证试验[10－12]。

“5·12”汶川地震之后,为预测唐家山堰塞湖、肖家桥堰塞湖溃坝最大流量,张红武等首次用模型试验方法,利用现有条件快速制作模型,开展了堰塞湖溢流槽冲刷发育与泄流过程试验[8],不仅较好地模拟出了溃坝最大流量,而且还预测出了堰塞体溃决后的影响状态。

该课题组目前正在通过模型试验,建立高危尾矿坝溃坝几何参数同下游影响参数的关系,这对溃坝灾害的评估和防治有着重要的现实意义,同时对尾矿库溃坝研究也颇有参考价值。

2尾矿库溃坝模型设计思路及原理尾矿库溃坝方式有多种,主要可分为由滑动、管涌、地震、洪水诱发等。

一般尾矿库堆积边坡的坡度较缓,并且在多个标高都设计有水平排渗层和大口辐射井的联合排渗,发生管涌及坝坡稳定破坏的几率很小[1－2]。

同时,尾矿库由地震力破坏的可能性一般较小。